Phân tích dữ liệu sức khỏe bằng trí tuệ nhân tạo

Một nhóm nhà nghiên cứu Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker (PME) Đại học Chicago (Mỹ) phát triển một con chip điện toán linh hoạt, có thể co giãn để xử lý thông tin bằng cách bắt chước bộ não con người. Thiết bị nhằm mục đích thay đổi cách xử lý dữ liệu sức khỏe. Sihong Wang, nhà khoa học vật liệu và Trợ lý Giáo sư Kỹ thuật Phân tử, báo cáo: “Với nỗ lực này, chúng tôi kết nối công nghệ thiết bị đeo với trí tuệ nhân tạo và học máy tạo ra thiết bị mạnh mẽ phân tích dữ liệu sức khỏe ngay trên cơ thể chúng ta”.

Để có được hồ sơ chuyên sâu về sức khỏe, bạn cần phải đến bệnh viện hoặc phòng khám. Wang cho biết trong tương lai, sức khỏe của con người có thể được theo dõi liên tục bằng các thiết bị điện tử đeo được phát hiện bệnh ngay cả trước khi triệu chứng xuất hiện. Thiết bị điện toán đeo được, kín đáo, là một bước để biến tầm nhìn này thành hiện thực.

Một trận đại hồng thủy dữ liệu

Tương lai ngành chăm sóc sức khỏe mà Wang - và nhiều người khác - hình dung bao gồm cảm biến sinh học đeo được theo dõi những chỉ số phức tạp về sức khỏe bao gồm mức độ oxy, đường, chất chuyển hóa và các phân tử miễn dịch trong máu người. Một trong những chìa khóa giúp cho cảm biến này trở nên khả thi là khả năng phù hợp với da của chúng.

Khi các bộ cảm biến sinh học đeo được giống như da như vậy xuất hiện và bắt đầu thu thập ngày càng nhiều thông tin trong thời gian thực, quá trình phân tích trở nên phức tạp hơn theo cấp số nhân. Một phần dữ liệu phải được đưa vào viễn cảnh rộng hơn về lịch sử của bệnh nhân và mọi thông số sức khỏe khác.

Điện thoại thông minh ngày nay không có khả năng phân tích phức tạp cần thiết để tìm hiểu các phép đo sức khỏe cơ bản của bệnh nhân và chọn ra các dấu hiệu quan trọng của bệnh. Tuy nhiên, nền tảng trí tuệ nhân tạo tiên tiến tích hợp máy học để xác định các mẫu trong bộ dữ liệu cực kỳ phức tạp có thể thực hiện công việc tốt hơn. Nhưng gửi thông tin từ một thiết bị đến một vị trí AI tập trung không phải là lý tưởng.

Wang nói: “Gửi dữ liệu sức khỏe qua mạng không dây rất chậm và gây ra một số lo ngại về quyền riêng tư. Nó cũng cực kỳ kém hiệu quả về năng lượng; chúng tôi càng bắt đầu thu thập nhiều dữ liệu, các đường truyền này sẽ bắt đầu sử dụng nhiều năng lượng hơn”.

Nhóm của Wang bắt đầu thiết kế một con chip thu thập dữ liệu từ nhiều cảm biến sinh học và đưa ra kết luận về sức khỏe của một người bằng cách sử dụng các phương pháp học máy tiên tiến. Điều quan trọng là họ muốn nó đeo được trên cơ thể và tích hợp liền mạch với da. Wang giải thích: “Với một chiếc đồng hồ thông minh luôn có một khoảng cách. Chúng tôi muốn thứ gì đó đạt được sự tiếp xúc rất thân mật và phù hợp với chuyển động của da”.

Wang và nhóm đồng nghiệp của ông chuyển sang sử dụng polyme - loại vật liệu được sử dụng để chế tạo chất bán dẫn và bóng bán dẫn điện hóa nhưng cũng có khả năng kéo dài và uốn cong. Họ lắp ráp các polyme thành thiết bị cho phép phân tích dữ liệu sức khỏe dựa trên trí tuệ nhân tạo. Thay vì hoạt động giống như chiếc máy tính thông thường, con chip - được gọi là chip điện toán thần kinh - hoạt động giống bộ não con người hơn, có thể lưu trữ và phân tích dữ liệu theo cách tích hợp.

Kiểm tra công nghệ

Để kiểm tra tiện ích của thiết bị mới, nhóm của Wang sử dụng nó phân tích dữ liệu điện tâm đồ (ECG) thể hiện hoạt động điện của tim người. Họ huấn luyện thiết bị phân loại điện tâm đồ thành 5 loại - lành mạnh hoặc 4 loại tín hiệu bất thường.

Sau đó, họ thử nghiệm nó trên các máy điện tâm đồ mới. Họ cho thấy con chip có bị kéo căng hay uốn cong hay không, nó có thể phân loại nhịp tim một cách chính xác. Cần nhiều thí nghiệm hơn để kiểm tra sức mạnh của thiết bị trong việc suy luận các mô hình sức khỏe và bệnh tật. Nhưng cuối cùng, nó có thể được sử dụng để gửi thông báo cho bệnh nhân hoặc bác sĩ lâm sàng hoặc để tự động điều chỉnh thuốc.

Wang bình luận: “Ví dụ, nếu bạn có thể nhận được thông tin thời gian thực về huyết áp, thiết bị này có thể đưa ra quyết định rất thông minh về thời điểm điều chỉnh mức thuốc điều trị huyết áp của bệnh nhân”. Wang cho biết thêm loại vòng phản hồi tự động đó được sử dụng bởi một số máy bơm insulin cấy ghép.

Wang đã lên kế hoạch cho các phiên bản mới của thiết bị để mở rộng loại thiết bị mà nó có thể tích hợp và các loại thuật toán máy học mà nó sử dụng. Wang tiết lộ: “Việc tích hợp trí tuệ nhân tạo với thiết bị điện tử đeo được đang trở thành một bối cảnh rất tích cực. Đây chưa phải là nghiên cứu đã kết thúc, nó chỉ là điểm khởi đầu”.